(精品)单片机课程设计精品--直流电机调速(2013年优秀毕业设计)

目录摘要 1 一、 方案选择 21、直流电机调速环节 22、直流电机速度测量环节 23、直流电机速度显示环节 2二、各环节电路原理和数据程序分析 21、直流电机调速环节 2（1）电路图及线路连接2（2）调压原理 3（3）程序编写及控制方法 32、直流电机速度测量环节 3（1）电路图及线路连接 3（2）测速原理 4（3）程序编写及控制方法 4 3、直流电机速度显示环节 4 （1）电路图及线路连接5（2）速度显示原理 5（3）程序编写及控制方法 54、数据计算 5三、直流电机调速系统的总电路原理图 6四、直流电机调速系统的总程序流程图 7五、直流电机调速系统的总程序 7六、设计体会及今后的改进意见 11 参考文献 11 摘要某些场合往往要求直流电机的转速在一定范围内可调节，例如，电车、机床等，调节范围根据负载的要求而定。调速可以有三种方法：（1）改变电机两端电压；（2）改变磁通；（3）在电枢回路中，串联调节电阻。本设计采用第一种方法：通过改变施加于电机两端的电压大小达到调节直流电机转速的目的。而本设计选用DAC0832式D/A转换器及通用型低功耗集成运放LM324结合输出适合控制直流电机的电压。而在直流电机测速中，使用栅格圆盘和光电门组成测速系统。当直流电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时，测速光电门获得一系列脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机两个定时/计数器配合使用，一个计数，一个定时。计算出单位时间内的脉冲数，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。而在速度显示系统中，先把计算得到的速度值的每一位分别取出，再运用74LS164串行输入并行输出移位寄存器通过查表逐步把各位要显示的数据移给数码管显示出来。这样，最终就可以对直流电机进行调速并测速显示了，达到了预期目的。关键词：D/A转换调压调速 光电测速 74LS164移位显示一、 方案选择本设计需要分三个环节：调速、速度测量、速度显示。调速可以有三种方法：（1）改变电机两端电压；（2）改变磁通；（3）在电枢回路中串联调节电阻。本设计采用第一种方法改变电机两端电压，改变电压可以采用定时器产生占空比可调的PWM波或者数模转换产生。本设计选用DAC0832式D/A转换器及通用型低功耗集成运放LM324输出适合控制直流电机的电压。2、直流电机速度测量环节速度测量主要有两种方法：（1）光电测速法:使用栅格圆盘和光电门组成测速系统。当直流电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时，测速光电门获得一系列脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机两个定时/计数器配合，一个计数，一个定时。计算出单位时间内的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。直流电机转速计算公式：r=1000n/(T*N1*N) (rps)r为直流电机转速，N为栅格数，N1为T1中断次数， T为定时器T1定时器溢出时间。（2）霍尔效应原理测速法：电动机转轴带动轴上的磁钢旋转，从而改变磁场大小，通过霍尔电路将磁场变化转换为脉冲信号，经放大整形，输出矩形脉冲信号。当转速改变时，输出脉冲的频率会发生变化。从而得到电机旋转的速度。 本设计根据实验台上的仪器选用了光电测速的方法。 3、直流电机速度显示环节 速度显示部分备选方案有两种：（1）把计算得到的速度值的每一位分别取出，再运用74LS164串行输入并行输出移位寄存器通过查表逐步把各位要显示的数据移给数码管显示出来。（2）用CS8279键盘显示模块部分。 本设计选用74LS164串行输入并行输出移位寄存器在数码管上显示速度值。总之，本设计采用“D/A转换得到控制电压光电测速电路测速74LS164移位寄存器显示速度”的方案达到控制直流电机速度并测量速度到实时显示电机速度的设计目的。二、 各环节电路原理和数据程序分析1、直流电机调速环节 本设计选用DAC0832式D/A转换器及通用型低功耗集成运放LM324输出适合控制直流电机的电压。（1）电路图及线路连接运用DAC0832式D/A转换器及通用型低功耗集成运放LM324输出适合控制直流电机的电压的电路图见图1 的DAC0832并行数模转换电路部分。线路连接：系统各跳线器处在初始状态，8P数据线将CPU模块的P11F3和P1F3连接，即单片机P0口与DAC0832的8位数据输入口相连接；用导线连接并行数模转换模 图1 DAC0832并行数模转换电路块的CS_0832到地，CPU模块的/WR和D1区的/WR相连；并行数模转换模块的VOUT端口接入电动机电压输入口。 （2）调压原理 单片机P0口输出8位二进制数据，进入D/A转换器DAC0832的输入端口，通过对D/A转换器DAC0832的各控制端口的设置选通其直通方式工作，即每进入一个8位二进制数便可直接转化成模拟量，与通用型低功耗集成运放LM324共同作用产生电压输出。可以通过对单片机进行编程连续增加或者连续减小P0口输出的8位二进制数据大小而达到改变输出电压的目的，便可改变直流电机的转速。（3）程序编写及控制方法 调压环节程序流程图： 2、直流电机速度测量环节 （1）电路图及线路连接图2 直流电机电路 图3 光电测速电路线路连接：光电测速电路的输出脉冲端口PulseOut接定时器0的外部输入端口P3.4。（2）测速原理 光电测速法:使用栅格圆盘和光电门组成测速系统。当直流电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时，测速光电门获得一系列脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机两个定时/计数器配合使用，一个计数，一个定时。计算出单位时间内的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。直流电机转速计算公式：n=m/(N1TN)(rps)其中：n为直流电机转速，N为栅格数，N1为T1中断次数，m为计数器T0在规定时间内测得的脉冲数，T为定时器T1定时器溢出时间。（3）程序编写及控制方法 开始启动定时器T1及计数器T0定时时间到，关闭定时器计数器取出TL0中的速度值取出启动定时器T1及计数器T0计开始计数值结束取出计数器内计数值定时器计数器程序初始化3、直流电机速度显示环节（1）电路图及线路连接 图4 74LS164与数码管连接图本设计中，用到四个串联使用的74LS164串行输入并行输出移位寄存器,每个74LS164的输出引脚接一个共阴极数码管。单片机的P1.4口接第一个74LS164串行输入并行输出移位寄存器的串行数据线DIN口，用来从单片机向数码管输送要显示的速度数据；P1.5接移位信号CLK端口,用来产生上升沿，以触发74LS164串行输入并行输出移位寄存器工作。（2）速度显示原理 静态数码管显示电路由四只74LS164、四只共阴极数码管组成。输入有两个信号：串行数据线DIN和移位信号CLK。74LS164首尾相连，并行输出LED数码管的段码。把计算得到的速度值每一位取出，用74LS164通过查表把各位要显示的数据移给数码管显示出来。（3）程序编写及控制方法开始速度值各位分开传送个位数到74LS164传送十位数到74LS164传送0到74LS164传送P到74LS164显示结束4、数据计算定时器1定时27.7ms,赋初值TH1为93H，TL1为0CCH，循环3次，共计时83.1ms，这个时间里计数器T0计得n个脉冲。则转速为1000n/(27.7*3*12)=n r/s.三、 直流电机调速系统的总电路原理图注：P1.0口接加速键，P1.1接减速键，P1.2接起启动键，P1.3接停止键。四、 直流电机调速系统的总程序流程图五、 直流电机调速系统的总程序 ORG 0000H JMP MAIN ORG 001BH JMP dingshi ORG 0200HMAIN: MOV SP,#60H SETB P3.4 ; P3.4口写1，允许输入脉冲 MOV TMOD,#15H ; 设置定时器T1工作方式1,计数器T0工作方式1 MOV TH0,#00H ; 计数器赋初值0 MOV TL0,#00H MOV TH1,#0A7H ; 定时器定时27.7ms赋初值 MOV TL1,#54H MOV IE,#88H ; 定时器中断允许 MOV r4,#3 ; 设置定时27.7ms的循环次数 SETB TR0 ; 开计数器 SETB TR1 ; 开定时器 SJMP $dingshi: djnz r4,mm ; 不到83.1ms转到mm，重新赋初值循环，到则顺序执行，停止计时和计数 CLR TR0 ; 到83.1ms停止计时和计数 CLR TR1 MOV A,TL0 ; 把83.1ms的脉冲数送到A中 MOV B ,#100 DIV AB MOV R0,A ; 百位数送入R0 MOV A,#10 XCH A,B DIV AB ; 十位数送入A，个位数送入B XCH A,B ; 个位数送入A，十位数送入B MOV DPTR,#0100H ; 设置表格地址 MOVC A,A+DPTR MOV R2,#8LOOP: ; 传送个位数 RLC A MOV P1.4,C ; 用p1.4传输进164 CLR P1.5 ; 用p1.5口得到上升沿，触发164 SETB P1.5 DJNZ R2,LOOP MOV A,B ; 十位数送入A MOVC A,A+DPTR MOV R2,#8LOOP1: ; 传送十位数 RLC A MOV P1.4,C CLR P1.5 SETB P1.5 DJNZ R2,LOOP1 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R2,#8LOOP2: ; 传送百位数 RLC A MOV P1.4,C ; 用p1.4传输进164 CLR P1.5 ; 用p1.5口得到上升沿，触发164 SETB P1.5 DJNZ R2,LOOP2 MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV R2,#8LOOP3: ; 传送最高位0 RLC A MOV P1.4,C ; 用p1.4传输进164 CLR P1.5 ; 用p1.5口得到上升沿，触发164 SETB P1.5 DJNZ R2,LOOP3 LCALL DELAY ;-检测按键-saomiaoanjian: MOV A,50H ; 把50H单元寄存的内容回送给A MOV DPTR,#7fffh ; 选中DAC0832 CLR P1.2 JB P1.2,START ; p1.2接启动键，以某一较高速度启动 SETB P1.3 JB P1.3,CUT ; p1.3接停止键 CLR P1.0 JB P1.0,UP ; p1.0接加速键，若按下则转up加速 CLR P1.1 JB P1.1,DOWN ; p1.1接减速键，若按下则转down减速 JMP AAA mm:MOV TH1,#0A7H ; 定时器定时27.7ms赋初值 MOV TL1,#54H RETI ; 不到416ms,中断返回，继续循环 ;-启动-START:MOV A,#07FH MOVX DPTR,A LCALL DELAY JMP AAA ;-停止-CUT: MOV A,#00H MOVX DPTR,A LCALL delay JMP AAA DELAY:MOV R5,#20 D2:MOV R6,#50 D3:MOV R7,#250 D4:NOP NOP DJNZ R7,D4 DJNZ R6,D3 DJNZ R5,D2 RET ;-加速-UP: ; 每次按键增加0.1V CJNE A,#0FFH,AA MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA AA:INC A CJNE A,#0FFH,BB MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA BB:INC A CJNE A,#0FFH,CC MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA CC:INC A CJNE A,#0FFH,DD MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA DD:INC A CJNE A,#0FFH,EE MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA EE:INC A MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA ;-减速- DOWN: ; 每次按键减小0.1V CJNE A,#00H,FF MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA FF:DEC A DEC A CJNE A,#00H,HH MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA HH:DEC A CJNE A,#00H,JJ MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA JJ:DEC A CJNE A,#00H,KK MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY JMP AAA KK:DEC A MOVX DPTR,A ; 向DAC0832输数据 LCALL DELAY AAA: LCALL DELAY MOV 50H, A ; 把A的内容寄存给50H单元 MOV r4,#3 ; 设置定时26ms的次数，共得到416ms M